JP2645138B2 - 高強度アルミニウム合金の溶接方法 - Google Patents
高強度アルミニウム合金の溶接方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、Al−Mg系合金、Al−Zn−Mg系合金あるいは
Al−Mg−Si系合金などの高強度アルミニウム合金の溶接
に用いられる高強度アルミニウム合金の溶接方法に関す
る。
Al−Mg−Si系合金などの高強度アルミニウム合金の溶接
に用いられる高強度アルミニウム合金の溶接方法に関す
る。
（従来の技術） アルミニウム系材料は、その軽量なことから航空機、
宇宙関連機器など多くの分野で活用さている。ところ
で、これら航空機、宇宙関連機器などの製品は、アルミ
ニウム材を溶接により接合し所定の形状に形成するよう
にしているが、この場合、特に精密度を要求される部品
の溶接には、低入熱化、低歪が期待できる電子ビーム溶
接法が使用されている。ところが、このような電子ビー
ム溶接は真空チャンバー内での施行に限定されるため、
製品の大型化にともない真空排気に多大の時間を要する
など作業能率が悪く、生産性の面で問題があった。
宇宙関連機器など多くの分野で活用さている。ところ
で、これら航空機、宇宙関連機器などの製品は、アルミ
ニウム材を溶接により接合し所定の形状に形成するよう
にしているが、この場合、特に精密度を要求される部品
の溶接には、低入熱化、低歪が期待できる電子ビーム溶
接法が使用されている。ところが、このような電子ビー
ム溶接は真空チャンバー内での施行に限定されるため、
製品の大型化にともない真空排気に多大の時間を要する
など作業能率が悪く、生産性の面で問題があった。
一方、最近になって高密度エネルギービームを発生す
るプロセスとしてレーザビームを用いたレーザ溶接法が
急速に発達しつつある。そこで、アルミニウム系材料の
溶接にもレーザ溶接法の適用が望まれている。
るプロセスとしてレーザビームを用いたレーザ溶接法が
急速に発達しつつある。そこで、アルミニウム系材料の
溶接にもレーザ溶接法の適用が望まれている。
ところが、一般にアルミニウム系材料は、アルミニウ
ム純金属のまま使用すると、その強度が極めて低いため
強度を要求される真空容器や圧力容器などへの適用は不
可能である。そこで、アルミニウムに各種の合金元素を
添加して強度を向上させた高強度アルミニウム合金が使
用されている。具体的には、アルミニウムに対してマグ
ネシウム（Mg）や亜鉛（Zn）などを添加した高強度アル
ミニウム合金としてAl−Mg系合金、Al−Zn−Mg系合金、
Al−Mg−Si系合金などが実用化されている。
ム純金属のまま使用すると、その強度が極めて低いため
強度を要求される真空容器や圧力容器などへの適用は不
可能である。そこで、アルミニウムに各種の合金元素を
添加して強度を向上させた高強度アルミニウム合金が使
用されている。具体的には、アルミニウムに対してマグ
ネシウム（Mg）や亜鉛（Zn）などを添加した高強度アル
ミニウム合金としてAl−Mg系合金、Al−Zn−Mg系合金、
Al−Mg−Si系合金などが実用化されている。
（発明が解決しようとする課題） ところが、このような高強度アルミニウム合金による
と、添加される合金元素MgおよびZnの沸点は、それぞれ
1107℃、907℃であり、基材であるアルミニウム（Al）
の沸点2467℃に対して著しく低い。このため、Al−Mg系
合金、Al−Zn−Mg系合金、Al−Mg−Si系合金などの高強
度アルミニウム合金に対してレーザ溶接を試みると、合
金中の沸点の低いMg、Znの元素がレーザビームの照射に
より選択的に蒸発する。この結果、溶接ビード上に著し
い凹凸が生じるなど外観不良を生じるだけでなく、溶接
金属中から放出しきれなかった金属蒸気により丸形のブ
ローホールや長円形のウォームホールなどの気孔が残存
し、溶接部分の品質低下を招くおそれがあった。
と、添加される合金元素MgおよびZnの沸点は、それぞれ
1107℃、907℃であり、基材であるアルミニウム（Al）
の沸点2467℃に対して著しく低い。このため、Al−Mg系
合金、Al−Zn−Mg系合金、Al−Mg−Si系合金などの高強
度アルミニウム合金に対してレーザ溶接を試みると、合
金中の沸点の低いMg、Znの元素がレーザビームの照射に
より選択的に蒸発する。この結果、溶接ビード上に著し
い凹凸が生じるなど外観不良を生じるだけでなく、溶接
金属中から放出しきれなかった金属蒸気により丸形のブ
ローホールや長円形のウォームホールなどの気孔が残存
し、溶接部分の品質低下を招くおそれがあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、溶接ビー
ドの外観不良を防止できるとともに、気孔の残存を皆無
にして高品質の気密溶接が得られる高強度アルミニウム
合金の溶接方法を提供することを目的とする。
ドの外観不良を防止できるとともに、気孔の残存を皆無
にして高品質の気密溶接が得られる高強度アルミニウム
合金の溶接方法を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、Al−Mg系合金、Al−Zn−Mg系合金あるいは
Al−Mg−Si系合金などの高強度アルミニウム合金からな
る溶接対象部材相互の突き合わせ溶接部などの溶接部分
に純アルミニウムまたはAl−Mn系合金などのインサート
部材を挿入し、該インサート部材に対してレーザビーム
を照射してレーザ溶接を行うようになっている。
Al−Mg−Si系合金などの高強度アルミニウム合金からな
る溶接対象部材相互の突き合わせ溶接部などの溶接部分
に純アルミニウムまたはAl−Mn系合金などのインサート
部材を挿入し、該インサート部材に対してレーザビーム
を照射してレーザ溶接を行うようになっている。
（作用） レーザビームの照射によりインサート材を優先的に溶
融することで、溶接金属中の低沸点元素の成分濃度が十
分に抑えられ、溶接進行中の低沸点元素の選択的な蒸発
が抑制されるので、溶接ビード上に生じる凹凸を除去で
きるとともに、金属蒸気が原因する気孔の残存を皆無に
でき、高品質の気密溶接が達成できる。
融することで、溶接金属中の低沸点元素の成分濃度が十
分に抑えられ、溶接進行中の低沸点元素の選択的な蒸発
が抑制されるので、溶接ビード上に生じる凹凸を除去で
きるとともに、金属蒸気が原因する気孔の残存を皆無に
でき、高品質の気密溶接が達成できる。
（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面にしたがい説明する。
第１図において１、２は溶接対象部材で、ここではAl
−Mg系合金からなる高強度アルミニウム合金が用いてい
る。そして、これら溶接対象部材１、２の突き合わせ溶
接部分に溶接継手としてインサート材３を挿入する。こ
こでのインサート材３は工業用純アルミニウムを用いて
いる。
−Mg系合金からなる高強度アルミニウム合金が用いてい
る。そして、これら溶接対象部材１、２の突き合わせ溶
接部分に溶接継手としてインサート材３を挿入する。こ
こでのインサート材３は工業用純アルミニウムを用いて
いる。
この状態からインサート材３に対してレーザビーム４
を照射する。この場合、レーザビーム４は発振器５より
ウンドウ６を介して放出され、集光レンズ７により必要
なパワー密度に絞られ、インサート材３に照射される。
ここでのレーザはCO2レーザで、出力4Kw程度のものを用
いている。また、これと同時にガス導入口８よりアルゴ
ンガスなどの不活性ガスをシールドガスとして導入す
る。このシールドガスはレーザ溶接中に集光レンズ７の
下面が金属蒸気により汚染されるのを防止する役割も兼
ねている。
を照射する。この場合、レーザビーム４は発振器５より
ウンドウ６を介して放出され、集光レンズ７により必要
なパワー密度に絞られ、インサート材３に照射される。
ここでのレーザはCO2レーザで、出力4Kw程度のものを用
いている。また、これと同時にガス導入口８よりアルゴ
ンガスなどの不活性ガスをシールドガスとして導入す
る。このシールドガスはレーザ溶接中に集光レンズ７の
下面が金属蒸気により汚染されるのを防止する役割も兼
ねている。
そして、このようにレーザビーム４を照射しながら図
示しない移動テーブルにより溶接対象部材１、２全体を
移動させ、インサート材３を有する溶接部分に対して連
続的な溶接作業を実行する。ここでの移動テーブルの移
動速度は、1000mm/minとしている。
示しない移動テーブルにより溶接対象部材１、２全体を
移動させ、インサート材３を有する溶接部分に対して連
続的な溶接作業を実行する。ここでの移動テーブルの移
動速度は、1000mm/minとしている。
しかして、このようなレーザ溶接が実行された溶接対
象部材１、２の溶接部は第２図に示すようになり、溶接
金属部９は表外観、裏外観ともに凹凸が存在せず、滑ら
かで良好な状態が得られ、また、溶接金属部９内部のブ
ローホールやウォームホールなどの気孔の残存も皆無に
でき、健全な溶接部が得られた。これは、レーザビーム
４の照射によりインサート材３が優先的に溶融すること
により溶接金属部９中の低沸点元素の成分濃度が十分に
抑えられ、溶接進行中の低沸点元素の選択的な蒸発が抑
制されるためである。ちなみに、溶接金属部９の元素分
析を行ったところ、Mg含有量は溶接対象部材１、２の25
％程度に低減されていた。
象部材１、２の溶接部は第２図に示すようになり、溶接
金属部９は表外観、裏外観ともに凹凸が存在せず、滑ら
かで良好な状態が得られ、また、溶接金属部９内部のブ
ローホールやウォームホールなどの気孔の残存も皆無に
でき、健全な溶接部が得られた。これは、レーザビーム
４の照射によりインサート材３が優先的に溶融すること
により溶接金属部９中の低沸点元素の成分濃度が十分に
抑えられ、溶接進行中の低沸点元素の選択的な蒸発が抑
制されるためである。ちなみに、溶接金属部９の元素分
析を行ったところ、Mg含有量は溶接対象部材１、２の25
％程度に低減されていた。
また、溶接継手効率については溶接対象部材１、２よ
りやや低い値を呈するが従来の溶接法と比較して実用上
差し支えないレベルであった。このように溶接継手効率
など機械的性質の決定的低下に至らなかったのは、TI
G、MIGなど従来の溶接法に比べて、熱影響部を少なくで
き、継手全体に及ぼすダメージを抑制できたためと考え
られる。
りやや低い値を呈するが従来の溶接法と比較して実用上
差し支えないレベルであった。このように溶接継手効率
など機械的性質の決定的低下に至らなかったのは、TI
G、MIGなど従来の溶接法に比べて、熱影響部を少なくで
き、継手全体に及ぼすダメージを抑制できたためと考え
られる。
一方、本実施例の溶接方法を気密容器作成に適用した
ところ次の結果が得られた。第３図は気密容器として、
核磁気共鳴を利用した医療用機器に用いられる超電導マ
グネットの液体窒素容器に適用した例であり、円筒状容
器本体101に対する上下蓋102、103の溶接に上述した接
合方法が用いられている。このような気密容器によると
ヘリウムを用いたリークテストにおいて、10-10Torr・l
/sec以下の漏洩量を呈し、十分な機密性を有しているこ
とが確認された。
ところ次の結果が得られた。第３図は気密容器として、
核磁気共鳴を利用した医療用機器に用いられる超電導マ
グネットの液体窒素容器に適用した例であり、円筒状容
器本体101に対する上下蓋102、103の溶接に上述した接
合方法が用いられている。このような気密容器によると
ヘリウムを用いたリークテストにおいて、10-10Torr・l
/sec以下の漏洩量を呈し、十分な機密性を有しているこ
とが確認された。
なお、この実施例では、インサート材３として工業用
純アルミニウムを用いたが、この他に各種のアルミニウ
ム合金も考えられる。ところが、例えば、Al−Cu系合金
の場合は、溶接部に割れが生じるなどの問題を発生した
が、Al−Mn系合金をインサート材として用いると、溶接
ビード外観、気孔の発生率、割れの発生率、気密性など
の総合判定で良好な結果が得られた。しかも、Al−Mn系
合金の場合は、上述の工業用純アルミニウムをインサー
ト材とするよりも、高い継手効率が得られることも判明
した。
純アルミニウムを用いたが、この他に各種のアルミニウ
ム合金も考えられる。ところが、例えば、Al−Cu系合金
の場合は、溶接部に割れが生じるなどの問題を発生した
が、Al−Mn系合金をインサート材として用いると、溶接
ビード外観、気孔の発生率、割れの発生率、気密性など
の総合判定で良好な結果が得られた。しかも、Al−Mn系
合金の場合は、上述の工業用純アルミニウムをインサー
ト材とするよりも、高い継手効率が得られることも判明
した。
しかして、上述の実施例のように溶接対象部材として
Al−Mg系合金からなる高強度アルミニウム合金を用いた
場合に、インサート材を用いない場合、インサート材と
してAl−Cu系合金を用いた場合、インサート材として純
アルミニウムまたはAl−Mn系合金を用いた場合の溶接ビ
ード外観、気孔の発生率、割れの発生率、気密性などの
総合判定をまとめると、第４図のA1、A2、A3、A4に示す
結果が得られた。この場合、インサート材を全く使用し
ないレーザ溶接では、低沸点元素の選択的な蒸発に基づ
くビード外観不良、気孔の発生があり総合判定は不良と
なり、インサート材としてAl−Cu系合金を用いたレーザ
溶接でも溶接部に割れが生じるなどにより総合判定では
不良となった。しかし、インサート材として純アルミニ
ウムまたはAl−Mn系合金を用いたレーザ溶接では、溶接
ビード外観、気孔の発生率、割れの発生率、気密性など
の総合判定で全て良好の結果が得られた。
Al−Mg系合金からなる高強度アルミニウム合金を用いた
場合に、インサート材を用いない場合、インサート材と
してAl−Cu系合金を用いた場合、インサート材として純
アルミニウムまたはAl−Mn系合金を用いた場合の溶接ビ
ード外観、気孔の発生率、割れの発生率、気密性などの
総合判定をまとめると、第４図のA1、A2、A3、A4に示す
結果が得られた。この場合、インサート材を全く使用し
ないレーザ溶接では、低沸点元素の選択的な蒸発に基づ
くビード外観不良、気孔の発生があり総合判定は不良と
なり、インサート材としてAl−Cu系合金を用いたレーザ
溶接でも溶接部に割れが生じるなどにより総合判定では
不良となった。しかし、インサート材として純アルミニ
ウムまたはAl−Mn系合金を用いたレーザ溶接では、溶接
ビード外観、気孔の発生率、割れの発生率、気密性など
の総合判定で全て良好の結果が得られた。
一方、上述の実施例では、溶接対象部材としてAl−Mg
系合金からなる高強度アルミニウム合金を用いた場合を
述べたが、この他にAl−Zn−Mg系合金についてもの可能
である。この場合、インサート材としてAl−Mn系合金を
用い、レーザ出力を5Kw、加工速度を1500mm/minとして
レーザ溶接を行った結果、溶接ビード外観は良好で、気
孔もなく、十分の気密性、溶接継手効率を有する溶接部
が得られた。また、気密容器作成に適用しても上述と同
様な効果が得られた。さらに、Al−Mg−Si系合金を用い
た場合も純アルミニウムまたはAl−Mn系合金などのイン
サート部材を用いることにより、上述と同様な効果が得
られた。
系合金からなる高強度アルミニウム合金を用いた場合を
述べたが、この他にAl−Zn−Mg系合金についてもの可能
である。この場合、インサート材としてAl−Mn系合金を
用い、レーザ出力を5Kw、加工速度を1500mm/minとして
レーザ溶接を行った結果、溶接ビード外観は良好で、気
孔もなく、十分の気密性、溶接継手効率を有する溶接部
が得られた。また、気密容器作成に適用しても上述と同
様な効果が得られた。さらに、Al−Mg−Si系合金を用い
た場合も純アルミニウムまたはAl−Mn系合金などのイン
サート部材を用いることにより、上述と同様な効果が得
られた。
ちなみに、これらAl−Zn−Mg系合金あるいはAl−Mg−
Si系合金を溶接対象部材として用いた場合に、インサー
ト材を用いない場合、インサート材としてAl−Cu系合金
を用いた場合、インサート材として純アルミニウムまた
はAl−Mn系合金を用いた場合の溶接ビード外観、気孔の
発生率、割れの発生率、気密性などの総合判定をまとめ
ると、第４図のB1、B2、B3、B4およびC1、C2、C3、C4に
示す結果が得られた。この場合、インサート材を全く使
用しないレーザ溶接では、上述したと同様に総合判定は
不良となり、インサート材としてAl−Cu系合金を用いた
レーザ溶接でも溶接部に割れが生じるなどにより総合判
定では不良となるが、純アルミニウムまたはAl−Mn系合
金をインサート材として用いたレーザ溶接では、溶接ビ
ード外観、気孔の発生率、割れの発生率、気密性などの
総合判定で全て良好の結果が得られた。
Si系合金を溶接対象部材として用いた場合に、インサー
ト材を用いない場合、インサート材としてAl−Cu系合金
を用いた場合、インサート材として純アルミニウムまた
はAl−Mn系合金を用いた場合の溶接ビード外観、気孔の
発生率、割れの発生率、気密性などの総合判定をまとめ
ると、第４図のB1、B2、B3、B4およびC1、C2、C3、C4に
示す結果が得られた。この場合、インサート材を全く使
用しないレーザ溶接では、上述したと同様に総合判定は
不良となり、インサート材としてAl−Cu系合金を用いた
レーザ溶接でも溶接部に割れが生じるなどにより総合判
定では不良となるが、純アルミニウムまたはAl−Mn系合
金をインサート材として用いたレーザ溶接では、溶接ビ
ード外観、気孔の発生率、割れの発生率、気密性などの
総合判定で全て良好の結果が得られた。
［発明の効果］ 本発明は、Al−Mg系合金、Al−Zn−Mg系合金あるいは
Al−Mg−Si系合金などの高強度アルミニウム合金からな
る溶接対象部材の溶接部分に純アルミニウムまたはAl−
Mn系合金などのインサート部材を挿入し、該インサート
部材に対してレーザビームを照射してレーザ溶接を行う
ようにしたので、レーザビームの照射によりインサート
材が優先的に溶融するようになり、溶接金属中の低沸点
元素の成分濃度が十分に抑えられ、溶接進行中の低沸点
元素の選択的な蒸発が抑制され、溶接ビード上に生じる
凹凸を除去でき、溶接ビードの外観不良を防止できると
ともに、金属蒸気が原因する気孔の残存を皆無にでき、
高品質の気密溶接が達成できる。
Al−Mg−Si系合金などの高強度アルミニウム合金からな
る溶接対象部材の溶接部分に純アルミニウムまたはAl−
Mn系合金などのインサート部材を挿入し、該インサート
部材に対してレーザビームを照射してレーザ溶接を行う
ようにしたので、レーザビームの照射によりインサート
材が優先的に溶融するようになり、溶接金属中の低沸点
元素の成分濃度が十分に抑えられ、溶接進行中の低沸点
元素の選択的な蒸発が抑制され、溶接ビード上に生じる
凹凸を除去でき、溶接ビードの外観不良を防止できると
ともに、金属蒸気が原因する気孔の残存を皆無にでき、
高品質の気密溶接が達成できる。
第１図は本発明の一実施例を説明するための概略的構成
図、第２図は同実施例により得られた溶接状態を説明す
るための図、第３図は同実施例を気密容器作成に適用す
る例を説明するための図、第４図は同実施例により得ら
れた結果を説明するための図である。 １、２……溶接対象部材、３……インサート材、４……
レーザビーム、５……発振器、７……集光レンズ、９…
…溶接金属。
図、第２図は同実施例により得られた溶接状態を説明す
るための図、第３図は同実施例を気密容器作成に適用す
る例を説明するための図、第４図は同実施例により得ら
れた結果を説明するための図である。 １、２……溶接対象部材、３……インサート材、４……
レーザビーム、５……発振器、７……集光レンズ、９…
…溶接金属。
Claims (2)
- 【請求項１】Al−Mg系合金、Al−Zn−Mg系合金あるいは
Al−Mg−Si系合金の高強度アルミニウム合金からなる溶
接対象部材相互の溶接部分に純アルミニウムまたはAl−
Mn系合金からなるインサート部材を挿入し、該インサー
ト部材に対してレーザビームを照射することによりレー
ザ溶接を行うことを特徴とする高強度アルミニウム合金
の溶接方法。 - 【請求項２】Al−Mg系合金、Al−Zn−Mg系合金あるいは
Al−Mg−Si系合金の高強度アルミニウム合金からなる溶
接対象部材相互の突き合わせ溶接部分に純アルミニウム
またはAl−Mn系合金からなるインサート部材を挿入し、
該インサート部材に対してレーザビームを照射すること
によりレーザ溶接を行うことを特徴とする高強度アルミ
ニウム合金の溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1129905A JP2645138B2 (ja) | 1989-05-23 | 1989-05-23 | 高強度アルミニウム合金の溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1129905A JP2645138B2 (ja) | 1989-05-23 | 1989-05-23 | 高強度アルミニウム合金の溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02307691A JPH02307691A (ja) | 1990-12-20 |
| JP2645138B2 true JP2645138B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=15021291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1129905A Expired - Fee Related JP2645138B2 (ja) | 1989-05-23 | 1989-05-23 | 高強度アルミニウム合金の溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2645138B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100371125C (zh) * | 2004-05-27 | 2008-02-27 | 兰州理工大学 | 用于AL-Mg合金异厚度板材激光焊接的焊接方法 |
-
1989
- 1989-05-23 JP JP1129905A patent/JP2645138B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02307691A (ja) | 1990-12-20 |
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| Date | Code | Title | Description |
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